CN110964961A - 一种高强高耐腐蚀性镁合金及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强高耐腐蚀性镁合金及其制备工艺，其中高强高耐腐蚀性镁合金包括98‑98.5％质量分数的镁合金AZ91D，还包括以下成分，各成分所占质量百分比如下，Y：0.75‑1.0％；La：0.26‑0.35％；Ce：0.49‑0.65％。本发明本通过添加混合稀土元素Y、La、Ce到AZ91D镁合金中，利用稀土元素细化镁晶粒，强化合金组织，从而达到提高AZ91D镁合金力学性能和提高耐腐蚀性能的目的，本发明工艺简单，生产成本较低，对增加镁合金的竞争力和消化利用低价值的La、Ce、Y稀土元素具有重要意义。

Description

一种高强高耐腐蚀性镁合金及其制备工艺
技术领域
本发明涉及镁合金锻造领域，尤其涉及一种高强高耐腐蚀性镁合金及其制备工艺。
背景技术
AZ91D镁合金是目前使用最广泛的镁合金，但由于其高温强度和耐腐蚀性能都还比较差，只能应用于要求较低的灯罩、通讯产品外壳等领域，在更高要求的领域进一步应用则受到了限制，所以在保证AZ91D镁合金原有优异性能的基础，开发一种更高力学性能和耐腐蚀性能的镁合金则受到了市场的追逐。
为了达到新的使用目的，有人研究用其它方法提高AZ91D镁合金的力学性能和耐腐蚀性能，但现有技术中所采用的方法都具备一些局限性，如宋冰冰在“一种提高AZ91D镁合金力学性能方法”(CN105525107A)中介绍通过添加钷元素到AZ91D中，达到提高镁合金力学性能的目的。但钷是一种放射性元素，使用操作时非常危险。
戴剑锋在“一种增强镁合金力学性能的方法”(CN2009101176062)中介绍通过添加碳纳米管到AZ91D中，形成复合材料，从而达到提高镁合金性能的目的，但这种方法工艺复杂，且生产成本较高。
李聪在“一种稀土镁合金及其制作工艺”(CN104328317B)中就采用了价值较高的Gd、Nd、Er等高价值的稀土元素，而且加入量还比较高，这就大幅增加了这种镁合金的使用成本，不利于推广。
因此，针对现有技术的缺陷，需要设计一种新的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过加入多种稀土元素从而实现高强度高耐腐蚀性能的镁合金及其制备工艺。
为实现前述目的，本发明提供一种高强高耐腐蚀性镁合金，包括98-98.5％质量分数的镁合金AZ91D，其特征在于：还包括以下成分，各成分所占质量百分比如下，
Y：0.75-1.0％；
La：0.26-0.35％；
Ce：0.49-0.65％。
作为本发明的进一步改进，Y的含量与La、Ce两者含量之和的比例为Y/(La+Ce)＝1。
作为本发明的进一步改进，La的含量与Y、Ce两者含量之和的比例为La/(Y+Ce)＝0.175。
作为本发明的进一步改进，Ce的含量与Y、La两者含量之和的比例为Ce/(Y+La)＝0.325。
本发明还提供了一种高强高耐腐蚀性镁合金的制备工艺，包括以下步骤，
a、往已加热至桃红色的2.5T铸钢精炼坩埚中加入200kg底熔剂，待底熔剂完全熔化成液体后，往坩埚中加入1600kg-1900kg纯镁锭，同时往坩埚中通入纯度大于99.99％的氮气进行搅拌和吹脱渣，
b、当纯镁锭完全熔化后，把熔体升温至650℃-660℃，开起搅拌机，加入由10kg-16kg精炼剂、6kg-10kg萤石粉和5kg-7kg锰粉组成的熔剂进行第一次精炼，精炼时间为20分钟，
c、第一次精炼结束后，把熔体温度提高至670℃-690℃，加入由8kg-10kg精炼剂和6kg-10kg萤石粉组成的熔剂进行第二次精炼，精炼时间为20-30分钟，同时加入175-185kg纯铝锭和12-15kg纯锌锭，
d、把温度提高至720℃，进行提底渣28-32分钟，提完渣后把熔体温度升至750℃-760℃，加入40-46kg稀土含量为28-32％的La-Ce-Y-Mg中间合金到料筐中，并把料筐浸入金属液体中，同时加入稀土专用精炼熔剂并运行搅拌器，
e、待中间合金完全熔化后，保持熔体温度为750℃-760℃保温25-30分钟，然后降低温度至720℃-740℃，进行第二次提底渣，提完底渣后，冷却，静置，直至温度降至为660℃-670℃，然后把熔体转移至保温炉中，进行浇铸，最后得到所述高强高耐腐蚀性镁合金。
作为本发明的进一步改进，所属步骤c结束后，对炉内做取样进行光谱分析成分，如果各成分的重量百分比满足如下条件：Al：8.80-9.20％、Mn:0.20-0.4％、Zn:0.60％-0.80％、Re:1.50％-2.50％、Fe:≤0.04％、Cu:≤0.025％、Ni:≤0.0001％、Si:≤0.05％，则进行步骤d，如果不满足则根据光谱分析结果进行对应元素成分进行调整，直至满足上述条件。
作为本发明的进一步改进，所述不满足光谱分析结果的元素的添加量计算公式为，坩埚内金属液重量*(金属元素含量目标值-金属元素实际测定值)。
本发明有益效果：
本发明本通过添加混合稀土元素Y、La、Ce到AZ91D镁合金中，利用稀土元素细化镁晶粒，强化合金组织，从而达到提高AZ91D镁合金力学性能和提高耐腐蚀性能的目的。本发明工艺简单，生产成本较低，对增加镁合金的竞争力和消化利用低价值的La、Ce、Y稀土元素具有重要意义。
附图说明
图1为本发明对照样品金相图；
图2为本发明实施例1金相图；
图3为本发明实施例2金相图；
图4为本发明实施例3金相图；
图5为本发明实施例4金相图；
图6为本发明实施例5金相图；
图7为本发明对照样品和实施例1-5盐雾试验24h之后的腐蚀图；
图8为本发明对照样品和实施例1-5盐雾试验48h之后的腐蚀图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施例对本发明进行详细描述。
本实施方式中涉及的镁合金AZ91D是一种国际市场上用途比较广泛的合金产品，标准含量如下：
名称 Mg Al Zn Mn Si Cu Ni Fe
AZ91D 余量 8.5-9.5 0.45-0.90 0.17-0.4 <＝0.05 <＝0.025 <＝0.001 <＝0.004
其基本性能参数如下：
Figure BDA0002351448330000041
本发明通过具体实施例来体现本发明的发明目的。
实施例1
本实施方式提供一种高强高耐腐蚀性镁合金的制备工艺，具体步骤如下：
往已加热至桃红色的2.5T铸钢精炼坩埚中加入200kg底熔剂，待底熔剂完全熔化成液体后，往坩埚中加入1800kg纯镁锭，同时往坩埚中通入99.99％的氮气进行搅拌和吹脱渣；
当纯镁锭完全熔化后，把熔体升温室660℃，开起搅拌机，缓慢加入由12kg精炼剂、8kg萤石粉和6kg锰粉组成的熔剂进行第一次精炼，精炼时间为20分钟；
第一次精炼结束后，把熔体温度提高至680℃，加入由10kg精炼剂和8kg萤石粉组成的熔剂进行第二次精炼，精炼时间为20分钟，同时加入180kg纯铝锭和13kg纯锌锭；
二次精炼结束后取样进行光谱分析成分，如果合格则进行下一道工艺，如果不合格则要补加合金元素，
把温度提高至720℃，进行提底渣30分钟，提完渣后把熔体温度升至760℃，加入42kg稀土含量为30％的La-Ce-Y-Mg中间合金到料筐中，并把料筐浸入金属液体中，同时加入稀土专用精炼熔剂并运行搅拌器；
待中间合金完全熔化后，保持熔体温度为760℃保温30分钟，然后降低温度至740℃，进行第二次提底渣，提完底渣后，冷却，静置，直至温度降至为660℃，把熔体转移至保温炉中，进行浇铸，最后得到含稀土0.5％的AZ91D镁合金锭。取该镁合金进行高温强度、盐雾试验和金相检测。
上述实施例1和2中，第二次精炼结束后，对炉内做取样进行光谱分析成分，如果各成分的重量百分比满足如下条件：Al：8.80-9.20％、Mn:0.20-0.4％、Zn:0.60％-0.80％、Re:1.50％-2.50％、Fe:≤0.04％、Cu:≤0.025％、Ni:≤0.0001％、Si:≤0.05％，则进行步骤d，如果不满足则根据光谱分析结果进行对应元素成分进行调整，直至满足上述条件。
对于检测得到不满足光谱分析结果的元素的添加量计算公式为：
坩埚内金属液重量*(金属元素含量目标值-金属元素实际测定值)。
实施例2
本实施方式的制备工艺按实施例1的步骤进行，差别之处在于30％的La-Ce-Y-Mg中间合金的加入量增加到83kg，最后得到含稀土1.0％的AZ91D镁合金锭，取该镁合金进行高温强度、盐雾试验和金相检测。
实施例3
本实施方式的制备工艺按实施例1的步骤进行，差别之处在于30％的La-Ce-Y-Mg中间合金的加入量增加到125kg，最后得到含稀土1.5％的AZ91D镁合金锭，取该镁合金进行高温强度、盐雾试验和金相检测。
实施例4
本实施方式的制备工艺按实施例1的步骤进行，差别之处在于30％的La-Ce-Y-Mg中间合金的加入量增加到167kg，最后得到含稀土2.0％的AZ91D镁合金锭，取该镁合金进行高温强度、盐雾试验和金相检测。
实施例5
本实施方式的制备工艺按实施例1的步骤进行，差别之处在于30％的La-Ce-Y-Mg中间合金的加入量增加到209kg，最后得到含稀土2.5％的AZ91D镁合金锭，取该镁合金进行高温强度、盐雾试验和金相检测。
为了说明本发明的优势，另外增加一组对照样品，该样品未加入本发明中的稀土元素配方，取该镁合金进行高温强度、盐雾试验和金相检测，结果如表1和图6所示。
上述实施方式和对照例中的镁合金样品高温强度测试结果如下表1所示，
表1
试验结果 对照样品 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
高温抗拉强度MPa 155 188 191 199 187 185
高温抗拉强度提高百分比％ / 21.29 23.23 28.39 20.65 19.35
高温延伸率 3.10 4.50 4.80 5.67 5.46 5.06
高温延伸率提高百分比％ / 45.16 54.83 82.90 76.12 63.22
由表1数据可知，镁合金AZ91D在加入了La、Ce、Y稀土元素之后，其高温强度和延伸率得到明显的提高，当加入量为1.5％时，其提高幅度最大。
上述实施方式和对照例中的镁合金样品金相检测之后的金相图见图1-6，其中图1为对照样品的金相图，图2-6对应实施例1-5的金相图。由图1-6对比可以看出，镁合金AZ91D在加入了La、Ce、Y稀土元素之后，其晶粒得到明显的细化，强化了其合金组织。
上述实施方式和对照例中的镁合金样品经过盐雾试验之后得到的俯视图如图7和图8，其中图7是24h之后的结果图，图8是48h之后的结果图。图7和图8中从左到右依次对应对照样品、实施例1-5经过盐雾试验之后的结果。从图7、图8对比之后可知，镁合金AZ91D在加入了La、Ce、Y稀土元素之后，镁合金的耐腐蚀明显提升，在加入量为1.5％时效果最为明显，当加入量高于2％时。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高强高耐腐蚀性镁合金，包括98-98.5％质量分数的镁合金AZ91D，其特征在于：还包括以下成分，各成分所占质量百分比如下，
Y：0.75-1.0％；
La：0.26-0.35％；
Ce：0.49-0.65％。
2.根据权利要求1所述的高强高耐腐蚀性镁合金，其特征在于：Y的含量与La、Ce两者含量之和的比例为Y/(La+Ce)＝1。
3.根据权利要求1所述的高强高耐腐蚀性镁合金，其特征在于：La的含量与Y、Ce两者含量之和的比例为La/(Y+Ce)＝0.175。
4.根据权利要求1所述的高强高耐腐蚀性镁合金，其特征在于：Ce的含量与Y、La两者含量之和的比例为Ce/(Y+La)＝0.325。
5.一种高强高耐腐蚀性镁合金的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤，
a、往已加热至桃红色的2.5T铸钢精炼坩埚中加入200kg底熔剂，待底熔剂完全熔化成液体后，往坩埚中加入1600kg-1900kg纯镁锭，同时往坩埚中通入纯度大于99.99％的氮气进行搅拌和吹脱渣，
b、当纯镁锭完全熔化后，把熔体升温至650℃-660℃，开起搅拌机，加入由10kg-16kg精炼剂、6kg-10kg萤石粉和5kg-7kg锰粉组成的熔剂进行第一次精炼，精炼时间为20分钟，
c、第一次精炼结束后，把熔体温度提高至670℃-690℃，加入由8kg-10kg精炼剂和6kg-10kg萤石粉组成的熔剂进行第二次精炼，精炼时间为20-30分钟，同时加入175-185kg纯铝锭和12-15kg纯锌锭，
d、把温度提高至720℃，进行提底渣28-32分钟，提完渣后把熔体温度升至750℃-760℃，加入40-46kg稀土含量为28-32％的La-Ce-Y-Mg中间合金到料筐中，并把料筐浸入金属液体中，同时加入稀土专用精炼熔剂并运行搅拌器，
e、待中间合金完全熔化后，保持熔体温度为750℃-760℃保温25-30分钟，然后降低温度至720℃-740℃，进行第二次提底渣，提完底渣后，冷却，静置，直至温度降至为660℃-670℃，然后把熔体转移至保温炉中，进行浇铸，最后得到所述高强高耐腐蚀性镁合金。
6.根据权利要求5所述的高强高耐腐蚀性镁合金的制备工艺，其特征在于：所属步骤c结束后，对炉内做取样进行光谱分析成分，如果各成分的重量百分比满足如下条件：Al：8.80-9.20％、Mn:0.20-0.4％、Zn:0.60％-0.80％、Re:1.50％-2.50％、Fe:≤0.04％、Cu:≤0.025％、Ni:≤0.0001％、Si:≤0.05％，则进行步骤d，如果不满足则根据光谱分析结果进行对应元素成分进行调整，直至满足上述条件。
7.根据权利要求6所述的强高耐腐蚀性镁合金的制备工艺，其特征在于：所述不满足光谱分析结果的元素的添加量计算公式为，
坩埚内金属液重量*(金属元素含量目标值-金属元素实际测定值)。
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